KR100203246B1 - 고속의 가변장복호화장치 - Google Patents

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Abstract

고속의 가변장복호화장치는 [런, 레벨]심볼들의 발생과 [런, 레벨]심볼들에 대한 런랭스복호화동작을 독립적으로 행하므로써, HDTV등과 같이 신호처리주파수가 높은 복호화시스템에 사용할 수 있게 된다. 이러한 가변장복호화 장치는, 가변장부호화된 데이타를 저장하며, 데이타저장상태신호에 응답하여 저장된 가변장부호화된 데이타를 기설정된 데이타량만큼씩 출력하는 저장 및 출력수단과, 저장 및 출력수단의 출력 데이타에 의해 결정되는 [런, 레벨]심볼을 출력하는 [런, 레벨]테이블, [런, 레벨]테이블에서 출력되는 [런, 레벨]심볼을 선입선출방식으로 저장 및 출력하며 자신의 데이타저장상태를 나타내는 신호를 발생하는 메모리, 및 메모리로부터의 [런, 레벨]심볼을 런레벨복호화하는 [런, 레벨]복호기를 포함한다.

Description

고속의 가변장복호화장치
제1도는 종래의 가변장복호화장치를 나타낸 구성도.
제2(a)도 내지 제2(d)도는 제1도 장치의 동작 설명을 위한 타이밍도.
제3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고속의 가변장복호화장치를 나타내는 구성도.
제4(a)도 내지 제4(e)도는 제3도 장치의 동작 설명을 위한 타이밍도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31,37 : FIFO메모리 32 : 비트스트림인터페이스부
33 : 시퀀스제어부 34 : 배럴시프터부
35 : 코드테이블 36 : [런, 레벨]테이블
38 : [런, 레벨]복호기 39 : 블록메모리
본 발명은 가변장부호화된 데이타를 복호화하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 신호처리주파수가 높은 데이타 전송 시스템에서의 가변장복호화를 위한 처리속도를 향상시킬 수 있도록 한 고속의 가변장복호화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고선명(high-definition) TV, 고선명 VCR, 디지탈 VTR, 디지탈 캠코더 및 멀티미디어 기기등과 같은 시스템은 영상정보 및 음성정보를 디지탈적으로 처리하여 기록 또는 전송한다. 영상정보의 디지탈적인 처리를 위해 제안된 방법으로는 예측부호화(prediction coding), 직교변환부호화(orthogonal transform coding) 및 가변장부호화(Variable Length Coding)등이 있다. 이러한 부호화기법들을 사용하는 전형적인 부호화 시스템은, 영상정보를 효과적으로 압축하기 위하여, 화상 분할에 의해 얻어진 블록등에 대하여 직교변환부호화, 양자화 및 가변장부호화등을 수행한다. 그리고, 이 시스템은 데이타 압축율을 더욱 높이기 위하여 프레임간 또는 필드간의 예측부호화를 수행한다.
전술한 가변장 부호화를 위한 장치는 심볼들의 발생빈도들에 근거하여 정보를 압축하는 것으로서, 입력되는 심볼들을 가변장 부호화하기 위한 가변장코드테이블을 구비하고 있다. 이 가변장코드테이블은 허프만부호화(Huffman coding)기법에 따라 설계된다. 허프만 부호화는 잘 알려진 것처럼 발생빈도가 상대적으로 높은 심볼일수록 길이가 짧은 코드를 배정하고 발생빈도가 상대적으로 낮은 심볼일수록 길이가 긴 코드를 배정한다. 전형적인 부호화 시스템에서 가변장 부호화 장치로 입력하는 심볼들은 통상 런랭스(run-length)부호화에 의해 얻어진 [런, 레벨]심볼들이다. [런, 레벨]심볼들은 잘 알려진 지그재그스캔(zigzag scan)에 의해 얻어지는 것으로, '런(run)'은 0이 아닐 변환계수들(transformation coefficients)간에 존재하는 연속하는 0의 갯수를 나타내며, '레벨'은 0이 아닌 변환계수의 값을 나타낸다. 허프만 부호화 기법에 따라 설계된 가변장 코드 테이블은, '런'이나 '레벨'중의 하나가 상대적으로 매우 큰 값을 갖는 심볼들을 위한 이스케이프(escape)영역과 그 외의 심볼들을 위한 정규(regular)영역으로 구분된다. 정규영역내의 [런, 레벨]심볼들은 허프만 부호화기법에 따라 코드(code)들이 할당된다. 그에 반하여, 이스케이프영역내의 [런, 레벨]심볼들은 발생빈도가 통계적으로 극히 낮으므로, 상대적으로 긴 길이의 코드와 함께 이스케이프 영역내의 [런, 레벨]심볼임을 표시하기 위한 'ESC코드'가 할당된다. 가변장부호화에 의해 발생된 코드워드(codeword)들은 ESC코드와 블록끝을 표시하기 위한 EOB(End of block)코드등의 부가정보가 덧붙여진 비트스트림(bit stream)형태로 복호화 시스템으로 전송된다.
복호화 시스템은 부호화 시스템의 신호처리의 역과정을 수행하여 부호화된정보를 복호화하기 위하여, 가변장복호화기, 역양자화기, 및 역직교변환기등을 구비한다. 제1도에 도시된 기존의 가변장 복호화 장치를 참조하면, 가변장부호화된 데이타는 직렬 또는 병렬 비트스트림형태로 FIFO메모리(11)에 입력된다. FIFO메모리(11)는 입력하는 가변장부호화된 데이타를 저장하며, 비트스트림인터페이스부(12)로부터 읽기신호(READ)가 인가될 때마다 저장하고 있는 데이타중에서 가장 먼저 입력된 비트 데이타를 비트스트림인터페이스부(12)로 출력한다. 비트스트림인터페이스부(12)는 FIFO메모리(11)에서 출력되는 데이타에 들어있는 시작코드(start code)들에 근거하여 가변장부호화된 데이타와 그외의 부가데이타를 구분시킨다. 비트스트림인터페이스부(12)는 배럴시프터(barrel shifter)부(14)로부터의 데이타요청신호(RQST)에 응답하여 기설정된 비트수의 데이타, 예를 들면 32비트의 데이타를 배럴시프터부(14)로 출력한다.
배럴시프터부(14)는 코드테이블(15)로부터 인가받은 코드길이만큼 기설정된 크기의 윈도우를 시프트시키며, 시프트된 윈도우내의 데이타를 [런, 레벨]테이블(16) 및 코드테이블(15)로 출력한다. [런, 레벨]테이블(16)은 배럴시프터부(14)로부터 인가된 데이타내에 들어있는 부호에 대응하는 [런, 레벨]심볼을 뒷단에 위치한 [런, 레벨]복호기(17)로 출력한다. 코드테이블(15)은 배럴시프터부(14)로부터 인가된 데이타를 사용하여 [런, 레벨]테이블(16)로부터 출력하는 [런, 레벨]심볼에 대응하는 코드의 길이를 배럴시프터부(14)로 출력한다. 배럴시프터부(14)는 새로이 인가된 코드길이만큼 시프트된 윈도우내의 비트데이타를 다시 [런, 레벨]테이블(16) 및 코드테이블(15)로 출력한다. 배럴시프터부(14)와 [런, 레벨]테이블(16) 및 코드테이블(15)은 이러한 동작의 반복을 통하여 비트스트림인터페이스부(12)로부터 공급되는 테이타에 대하여 가변장복호화를 수행한다.
시퀀스제어부(13)는 비트스트림인터페이스부(12) 및 배럴시프터부(14)의 동작을 중단시키거나 중단된 동작을 다시 시작하도록 제어한다. 이를 위하여, 시퀀스제어부(13)는 외부제어입력 및 배럴시프터부(14)에서 출력되는 데이타들로부터 얻어진 매개변화들(parameters)에 응답하여 시작신호(START)또는 중지신호(HOLD)를 발생한다. 이 신호들(START 및 HOLD)은 비트스트림인터페이스부(12) 및 배럴시프터부(14)로 인가된다.
[런, 레벨]복호기(17)는 [런, 레벨]테이블(16)로부터 인가된 [런, 레벨]심볼을 복호화하여 뒷단에 위치한 역양자화기(IQ)/역직교변환기(IDCT)(미도시됨)등으로 출력한다. 여기에서, [런, 레벨]복호기(17)에 대한 동작타이밍도를 제2(a)도 내지 제2(d)도에 도시하였다. 제2(a)도와 같이, [런, 레벨]테이블(16)에서 발생되는 [런, 레벨]심볼이 [5,3], [3,2], … 인 경우, [런, 레벨]복호기(17)는 일정한 클럭율로 발생하는 제2(c)도의 클럭펄스에 근거하여 입력 [런, 레벨]심볼에 대하여 런랭스만큼의 데이타 영들(zeros)과 그것에 뒤따르는 레벨을 제2(b)도에 보인 것 처럼 발생한다. 즉, [런, 레벨]심볼 [5,3]에 대해 0를 5개 출력한 다음 3의 레벨값을 출력하고, [3,2]에 대해 0를 3개 출력한 후 2의 레벨값을 출력한다. 이때, [런, 레벨]복호기(17)는 런랭스에 일치하는 갯수의 클럭펄스들이 발생하는 동안 배럴시프터부(14)의 동작이 중지되도록 하는 로우레벨의 중지신호(HOLDA)를 발생한다. 즉, [런, 레벨]심볼 [5,3]에 대해 런랭스 5만큼의 크럭펄스가 발생되는 동안 배럴시프터부(14)에서 시프트동작이 중지되도록 제2(d)도와 같은 중지신호(HOLDA)를 발생한다. 그리고, 심볼 [3,2]에 대해서는 런랭스 3만큼의 클럭펄스가 발생되는 동안 배럴시프터부(14)에서 시프트동작이 중지되도록 하는 로우레벨의 중지신호(HOLDA)를 발생한다.
그러나, 이러한 기존의 가변장 복호화 장치에서, [런, 레벨]복호기(17)가 0을 연속적으로 출력하는 동안 배럴시프터부(14)의 동작도 정지된다. 그러므로, 기존의 가변장 복호화 장치는 동작속도가 높지 않은 시스템에서만 사용할 수 있다. 따라서, 단위시간당 더 많은 심볼을 복호화해야 하는 HDTV시스템과 같은 고속시스템에서 사용하기가 어려운 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결할 수 있도록 [런, 레벨]심볼의 발생동작과 [런, 레벨]심볼의 복호동작을 독립적으로 행하여 런랭스만큼 배럴시프터부의 동작중지로 인한 시간지연을 해소할 수 있게 하는 고속의 가변장복호화장치를 제공함에 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고속의 가변장복호화 장치는, 가변장부호화된 데이타를 복호화하는 가변장복호화장치에 있어서, 가변장부호화된 데이타를 저장하며, 데이타저장상태신호에 응답하여 저장된 가변장부호화된 데이타를 기설정된 데이타량만큼씩 출력하는 저장 및 출력 수단과, 상기 저장 및 출력수단의 출력데이타에 의해 결정되는 [런, 레벨]심볼을 출력하는 [런, 레벨]테이블과, 상기 [런, 레벨]테이블에서 출력되는 [런, 레벨]심볼을 선입선출(first-in, first-out)방식으로 저장 및 출력하며, 자신의 데이타저장상태를 나타내는 신호를 발생하는 메모리, 및 상기 메모리로부터의 [런, 레벨]심볼을 런레벨복호화하는 [런, 레벨]복호기를 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명을 구현한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.
제3도는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 고속의 가변장복호화장치를 보여준다. 제3도의 장치는 제1도에서 보여진 대응 블록과 동일한 기능을 수행하는 블록들을 포함하며, 이에 더하여 [런, 레벨]테이블(36)과 [단, 레벨]복호기 (38)사이에 [런, 레벨] 심볼들을 저장하기 위한 FIFO메모리(37)와, [런, 레벨]복호기(38)로부터 출력되는 런레벨복호화된 데이타를 블록단위로 저장하는 블록메모리(39)를 추가로 포함한다. 또한, FIFO메모리(37)의 데이타저장상태에 따라 비트스트림인터페이스부(32) 및 배럴시프터부(34)의 동작을 제어하는 변형된 시퀀스제어부(33)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고속의 가변장복호화장치에 대한 동작을 제4도를 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.
제4도는 제3도 장치의 동작타이밍도이다.
FIFO메모리(31)는 직렬 또는 병렬 비트스트림형태의 가변장부호화된 데이타를 저장하고, 비트스트림인터페이스부(32)로부터 읽기신호(READ)가 인가될 때마다 저장하고 있는 데이타중에서 가장 먼저 입력된 데이타를 비트스트림인터페이스부(32)로 출력한다. 비트스트림인터페이스부(32)는 배럴시프터부(34)로부터 데이타요청신호(RQST)가 인가될 때마다 FIFO메모리(31)에 읽기신호(READ)를 출력한다. 비트스트림인터페이스부(32)는 또한, FIFO메모리(31)로부터 출력하는 가변장부호화된 데이타를 그 속에 들어있는 일의 구간의 시작을 나타내는 시작코드들에 근거하여 데이타요청신호(RQST)에 응답하여 출력할 수 있는 형태로 정렬시킨다. 비트스트림인터페이스부(32)로부터 정렬된 가변장부호화된 데이타가 공급되면, 배럴시프터부(34)는 코드테이블(35)로부터 인가받은 코드길이만큼 시프트된 윈도우내의 가변장부호화된 데이타를 코드테이블(35) 및 [런, 레벨]테이블(36)로 출력한다. [런, 레벨]테이블(36)은 배럴시프터부(34)로부터 인가된 가변장부호화된 데이타내의 부호어에 대응하는 [런, 레벨]심볼을 FIFO메모리(37)로 출력한다.
한편, 코드테이블(35)은 배럴시프터부(34)로부터 인가된 가변장부호화된 데이타내의 부호어가 갖는 코드길이를 배럴시프터부(34)로 출력한다. 이 코드길이는 동일한 가변장부호화된 데이타를 가변장복호화하여 얻어진 [런, 레벨]심볼에 대응하는 부호어의 길이이다. 배럴시프터부(34)는 코드테이블(35)로부터 새로이 인가된 코드길이만큼 기설정된 크기의 윈도우를 시프트시키며, 시프트된 윈도우내의 가변장부호화된 데이타를 [런, 레벨]테이블(36) 및 코드테이블(35)로 출력한다. 배럴시프터부(34)와 [런, 레벨]테이블(36) 및 코드테이블(35)은 이러한 동작을 반복적으로 수행한다. 가변장복호화에 사용되지 않은 데이타는 코드테이블(35)에 의해 대응하는 [런, 레벨]심볼이 결정될 때까지 배럴시프터부(34)로부터 반복적으로 출력된다. 이러한 배럴시프트의 동작은 배럴시프트를 이용하는 가변장복호화 기술에 관계하는 당업자에게는 잘 알려진 것이므로 구체적인 설명은 생략하였다.
FIFO메모리(37)는 [런, 레벨]테이블(36)으로부터의 [런, 레벨]심볼을 저장하며 입력순서대로 하나씩 [런, 레벨]복호기(38)로 공급한다. FIFO메모리(37)는 자신의 데이타저장상태가 가득찬 상태가 되면 알리는 가득함(fullness)신호()를 시퀀스제어부(33)로 출력한다.
시퀀스제어부(33)는 비트스트림인터페이스부(32) 및 배럴시프터부(34)의 동작을 중지시키거나 중지된 동작을 다시 시작하도록 제어한다. 즉, 시퀀스제어부(33)는 가득함신호(), 외부제어입력 및 변수복호기(미도시됨)를 통해 복호화된 그 외의 매개변수들의 제어를 받아 비트스트림인터페이스부(32) 및 배럴시프터부(34)에 시작신호(START) 내지 중지신호(HOLD)를 인가한다. 가득함신호()에 응답하는 시퀀스제어부(33)는 FIFO메모리(37)가 가득 찬 상태일 때 중지신호(HOLD)를 발생하며, 이 중지신호(HOLD)는 비트스트림인터페이스부(32) 및 배럴시프터부(34)로 인가된다. 그 중지신호(HOLD)에 응답하는 비트스트림인터페이스부(32) 및 배럴시프터부(34)는 가변장부호화된 데이타가 배럴시프터부(34)로부터 출력되지 않도록 동작한다. 가득함신호()에 응답하는 시퀀스제어부(33)의 이러한 제어에 의해, FIFO메모리(37)는 [런, 레벨]테이블(36)로부터 출력하는 모든 [런, 레벨]심볼들을 저장할 수 있게 된다. 따라서, FIFO메모리(37)에서의 오버플로우에 의해 [런, 레벨]심볼들을 잃어버리는 문제가 발생하지 않게 된다.
FIFO메모리(37)는 데이타저장상태가 텅빈 상태가 되면 이를 알리는 텅빔신호(Empty)를 [런, 레벨]복호기(38)로 출력한다. 다시 말하면, FIFO메모리(37)는 출력할 데이타가 없는 경우에 텅빔신호(Empty)를 발생한다. [런, 레벨]복호기(38)는 텅빔신호(Empty)가 인가되는 동안 즉, FIFO메모리(37)로 부터의 출력 데이타가 없는 동안 런레벨복호화동작을 수행하지 않는다. 그러나, 텅빔신호(Empty)가 인가되지 않는 동안, [런, 레벨]복호기(38)는 FIFO메모리(37)를 통해 [런, 레벨]테이블(36)로부터 인가된 [런, 레벨]심볼을 런레벨복호화하며, 런레벨복호화된 데이타는 블록메모리(39)로 출력된다. 이러한 FIFO메모리(37) 및 [런, 레벨]복호기(38)의 동작에 의해, 잘못된 런레벨복호화동작이 방지될 뿐 만 아니라 [런, 레벨]테이블(36)로부터 출력되는 [런, 레벨]심볼들은 지연없이 런레벨복호화될 수 있게 된다.
[런, 레벨]심볼들에 대한 런레벨복호화의 일예를 제4(a)도 내지 제4(e)도에 보여진 타이밍도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
FIFO메모리(37)에 저장되는 [런, 레벨]심볼들의 예는 제4(a)도에서 [5,3], [3,2], [2,-1], … , [3,-2], [2,1], … 로 보여졌다. [런, 레벨]심볼[2,-1]의 입력에 의해 자신의 데이타저장상태가 가득 찬 상태가 되면, FIFO메모리(37)는 시퀀스제어부(33)에 가득 찬 상태임을 알리는 가득함신호()를 제4(b)도에 보인 것 같은 로우레벨상태로 출력한다. 그러면, 시퀀스제어부(33)는 제4(c)도에 보인 로우레벨상태의 중지신호(HOLD)를 비트스트림인터페이스부(32) 및 배럴시프터부(34)로 출력하며, 그 결과로, 로우레벨상태의 중지신호(HOLD)가 인가되는 동안 배럴시프터부(34)는 가변장부호화된 데이타를 출력하지 않게 되고, 더 이상의 [런, 레벨]심볼의 발생이 이루어지지 않게 된다.
[런, 레벨]복호기(38)는 FIFO메모리(37)로부터 출력하는 [런, 레벨]심볼들을 런레벨복호화한다. 런레벨복호화에 의해, 각 [런, 레벨]심볼은 런랭스만큼의 데이타 0들과 그것에 뒤따르는 레벨로 변경된다. 예를 들면, 심볼 [5,3]은, 제4(d)도에 보인 것 처럼, 5개의 데이타 0들과 그에 뒤따르는 레벨값 3으로 변경된다. [런, 레벨]심볼들에 대한 이러한 런레벨복호화는 심볼 [5,3]을 뒤따르는 심볼들인 [3,2], [2,-1], …, [2,1]에 대해서도 동일하게 이루어지며, 그 결과는 제4(d)도에서 도식적으로 보여졌다.
FIFO메모리(37)로부터 제4(e)도에 보인 텅빔신호(Empty)가 인가될 때, 즉, [런, 레벨]복호기(38)의 동작구간이 경과한 시점에서, FIFO메모리(37)는 [런, 레벨]심볼을 출력하지 않게 되며, [런, 레벨]복호기(38) 또한 렌레벨복호화동작을 행하지 않게 된다. 그 예로 제4(d)도에서 보여진 이러한 중단구간은 데이타의 부호화규격에 의해 실제 영상데이타등에 부가적인 정보들이 추가됨에 기인한다.
텅빔신호(Empty)가 하이레벨상태로 변경되는 경우, [런, 레벨]복호기(38)는 FIFO메모리(37)로부터 공급되는 [런, 레벨]심볼들에 대한 런레벨복호화동작을 다시 수행한다. 런레벨복호화에 의해 얻어진 데이타는 블록메모리(39)로 공급된다.
영상표준화에 관련한 MPEG등에 따르면 블록은 8×8화소들의 크기를 가지며, IDCT와 같은 역직교변환기는 블록단위로 역직교변환을 행한다. 그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 블록메모리(39)는 적어도 두 블록의 데이타를 저장하도록 설계된다. 이러한 블록메모리(39)는 하나의 뱅크에 저장된 한 블록의 데이타가 출력되는 동안다른 한 뱅크에 런레벨복호화된 데이타가 저장될 수 있는 이중뱅크(double bank)의 구조를 갖는다. 블록메모리(39)에 저장된 데이타는 뒷단듸 미도시된 역양자화기(IQ) 또는 역이산여현변환기(IDCT)등으로 출력된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고속의 가변장복호화장이는 [런, 레벨]심볼들의 발생동작과 [런, 레벨]심볼들의 런레벨복호화동작을 독립적으로 행하므로써, 가변장부호화된 데이타를 높은 신호처리주파수에서 가변장복호화할 수 있다. 따라서, HCTV와 같은 고속시스템에 적용할 수 있다. 뿐만 아니라, 블록단위로 런레벨복호화된 데이타를 저장할 수 있게 하므로써, [런, 레벨]심볼들을 저장하는 FIFO메모리를 적은 데이타용량으로 구현할 수 있게 되어 특용집적회로(ASIC: Application Specific IC)로 그 FIFO메모리를 제작할 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 가변장부호화된 데이타를 복호화하는 가변장복호화장치에 있어서, 가변장부호화된 데이타를 저장하며, 데이타저장상태신호에 응답하여 저장된 가변장부호화된 데이타를 기설정된 데이타량만큼씩 출력하는 저장 및 출력수단; 상기 저장 및 출력수단의 출력데이타에 의해 결정되는 [런, 레벨]심볼을 출력하는 [런, 레벨]테이블; 상기 [런, 레벨]테이블에서 출력되는 [런, 레벨]심볼을 선입선출(first-in, first-out)방식으로 저장 및 출력하며, 자신의 데이타저장상태를 나타내는 신호를 발생하는 메모리; 및 상기 메모리모부터의 [런, 레벨]심볼을 런레벨복호화하는 [런, 레벨]복호기를 포함하는 가변장복호화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장 및 출력수단은 데이타저장상태신호가 상기 메모리에 데이타가 가득함을 나타내면, 가변장부호화된 데이타의 출력을 중단하는 가변장복호화장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메모리는 자체에 저장된 데이타가 없음을 나타내는 텅빔(empty)신호를 발생하고, 상기 [런, 레벨]복호기는 텅빔신호에 응답하여 런레벨복호화동작을 중단하는 가변장복호화장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 [런, 레벨]복호기로부터 출력하는 런레벨복호화된 데이타를 기설정된 크기의 데이타블록단위로 저장 및 출력하는 메모리수단을 더 포함하는 가변장복호화장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 메모리수단은 런레벨복호화된 데이타를 데이타블록단위씩 교번적으로 저장 및 출력하는 가변장복호화장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 메모리수단은 각각 한 데이타블록의 런레벨복호화된 데이타를 저장하는 적어도 두 개의 블록메모리를 포함하며, 상기 블록메모리들은 런레벨복호화된 데이타를 교번적으로 저장 및 출력하는 가변장복호화장치.
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